2025年大學(xué)《化學(xué)生物學(xué)》專業(yè)題庫——人類基因組的研究進(jìn)展考試時(shí)間：______分鐘總分：______分姓名：______一、選擇題（每題2分，共20分。請(qǐng)將正確選項(xiàng)字母填入括號(hào)內(nèi)）1.人類基因組計(jì)劃最初設(shè)定的主要目標(biāo)是繪制人類基因組的（）。A.蛋白質(zhì)圖譜B.轉(zhuǎn)錄組圖譜C.核苷酸序列圖譜D.腦功能連接圖譜2.下列哪種測(cè)序技術(shù)屬于第一代測(cè)序技術(shù)，其主要特點(diǎn)是讀長較長且準(zhǔn)確率較高？A.Sanger測(cè)序B.Illumina測(cè)序C.PacBio測(cè)序D.OxfordNanopore測(cè)序3.第二代測(cè)序技術(shù)（NGS）普遍采用邊合成邊測(cè)序的原理，其主要優(yōu)勢(shì)在于（）。A.極短的讀長B.實(shí)時(shí)獲取序列信息C.極高的測(cè)序錯(cuò)誤率D.只能進(jìn)行小片段DNA測(cè)序4.在全外顯子組測(cè)序（WES）中，選擇外顯子組進(jìn)行測(cè)序的主要依據(jù)是（）。A.外顯子組區(qū)域通常不含重復(fù)序列B.外顯子組區(qū)域占整個(gè)基因組的比例最大C.外顯子編碼的蛋白質(zhì)序列，是功能研究的重點(diǎn)D.外顯子區(qū)域的SNP密度低于基因組其他區(qū)域5.CRISPR-Cas9基因編輯系統(tǒng)中的“向?qū)NA”（gRNA）的作用是（）。A.沉默目標(biāo)基因表達(dá)B.引導(dǎo)Cas9蛋白識(shí)別并結(jié)合特定的DNA序列C.提供基因編輯所需的能量D.修復(fù)切割后的DNA雙鏈斷裂6.DNA甲基化是一種重要的表觀遺傳修飾，它通常發(fā)生在DNA的（）。A.腺嘌呤（A）堿基上B.胸腺嘧啶（T）堿基上C.胞嘧啶（C）堿基上D.胸腺嘧啶（G）堿基上7.下列哪項(xiàng)技術(shù)能夠直接測(cè)量細(xì)胞或組織中山羊支原體（Mycoplasma）的基因組DNA，即使其含量非常低？A.全基因組測(cè)序（WGS）B.數(shù)字PCRC.宏基因組測(cè)序D.消化酶解法8.基因組拷貝數(shù)變異（CNV）是指（）。A.基因序列中單個(gè)堿基的替換B.基因序列中短片段（通常<1kb）的插入或刪除C.染色體上某片段DNA的拷貝數(shù)量發(fā)生增加或減少D.基因表達(dá)水平發(fā)生改變9.人類基因組中，編碼蛋白質(zhì)的序列大約只占整個(gè)基因組大小的（）。A.1%B.10%C.50%D.90%10.在人類基因組研究中，涉及到的倫理、法律和社會(huì)問題（ELSI）不包括（）。A.基因信息的隱私保護(hù)B.基因檢測(cè)結(jié)果的法律效力C.基因編輯嬰兒的倫理邊界D.測(cè)繪人類遷徙史的歷史學(xué)爭議二、簡答題（每題5分，共20分）1.簡述Sanger測(cè)序的基本原理。2.簡述二代測(cè)序（NGS）與三代測(cè)序（如PacBio）在技術(shù)特點(diǎn)上的主要區(qū)別。3.簡述DNA甲基化對(duì)基因表達(dá)可能產(chǎn)生的影響。4.簡述基因型-表型關(guān)聯(lián)分析（GWAS）的基本思路。三、論述題（每題10分，共30分）1.論述高通量測(cè)序技術(shù)（NGS）在復(fù)雜疾病遺傳學(xué)研究中的應(yīng)用及其面臨的挑戰(zhàn)。2.論述CRISPR-Cas9系統(tǒng)作為基因編輯工具在化學(xué)生物學(xué)研究中的潛在應(yīng)用方向。3.結(jié)合實(shí)例，論述人類基因組研究進(jìn)展對(duì)個(gè)人健康管理可能帶來的影響以及相關(guān)的倫理考量。試卷答案一、選擇題（每題2分，共20分）1.C*解析思路：人類基因組計(jì)劃的核心目標(biāo)是測(cè)定人類基因組DNA的全部序列，即核苷酸序列圖譜。2.A*解析思路：Sanger測(cè)序是第一代測(cè)序技術(shù)的代表，以其較高的準(zhǔn)確率和較長的讀長（通常幾百bp到幾千bp）為特點(diǎn)。NGS讀長短但通量高，PacBio和OxfordNanopore測(cè)序?qū)儆谌?，特點(diǎn)是長讀長但錯(cuò)誤率相對(duì)較高或需要校正。3.B*解析思路：NGS的核心優(yōu)勢(shì)在于其高通量和并行測(cè)序能力，能夠快速產(chǎn)生大量短序列讀長，且測(cè)序過程涉及實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)熒光信號(hào)，從而實(shí)現(xiàn)快速獲取序列信息。讀長相對(duì)較短、錯(cuò)誤率相對(duì)較高、可測(cè)序片段大小有限是其主要缺點(diǎn)。4.C*解析思路：外顯子組包含編碼蛋白質(zhì)的所有編碼序列（CDS），是真核基因功能的主要載體。因此，選擇外顯子組測(cè)序可以直接研究蛋白質(zhì)編碼信息，是功能基因組學(xué)研究的重要策略。雖然外顯子區(qū)重復(fù)序列少，但WES的主要驅(qū)動(dòng)力是研究蛋白質(zhì)功能。5.B*解析思路：gRNA由向?qū)NA（gRNA）和間隔序列（spacer）組成，其RNA部分通過堿基互補(bǔ)配對(duì)原則，識(shí)別并結(jié)合到基因組中與spacer序列匹配的目標(biāo)DNA位點(diǎn)，引導(dǎo)Cas9蛋白定位到該位點(diǎn)。6.C*解析思路：DNA甲基化是指在DNA分子中，胞嘧啶（C）的第五位碳原子（C5）上添加一個(gè)甲基基團(tuán)（-CH3）的修飾。7.C*解析思路：宏基因組測(cè)序是對(duì)環(huán)境樣本中所有生物的總DNA進(jìn)行測(cè)序，無需預(yù)先知道目標(biāo)生物的序列信息，特別適用于檢測(cè)樣本中未知或低豐度的生物，如檢測(cè)培養(yǎng)困難的支原體。8.C*解析思路：CNV是指基因組中特定片段（通常大于1kb）的DNA序列拷貝數(shù)發(fā)生增加或減少的現(xiàn)象，是影響基因組變異率和個(gè)體差異的重要來源之一。SNP是單堿基替換，Indel是短片段插入或刪除（通常<1kb），WES是測(cè)序策略。9.A*解析思路：研究表明，人類基因組中大約只有1%-2%的序列編碼蛋白質(zhì)。絕大部分基因組序列的功能尚不明確，可能參與調(diào)控、構(gòu)成重復(fù)序列等。10.D*解析思路：ELSI主要關(guān)注基因組研究與應(yīng)用帶來的倫理、法律和社會(huì)問題，如隱私保護(hù)、基因歧視、基因治療倫理、知情同意等。而人類遷徙史的研究更多屬于歷史學(xué)和考古學(xué)范疇，雖然可能利用基因組數(shù)據(jù)，但其本身不直接屬于ELSI的核心議題。二、簡答題（每題5分，共20分）1.簡述Sanger測(cè)序的基本原理。*解析思路：Sanger測(cè)序基于DNA聚合酶的延伸反應(yīng)，利用四種帶有不同熒光標(biāo)記的脫氧核苷三磷酸（dNTP）作為原料。在模板DNA和引物存在的條件下，DNA聚合酶合成新鏈。當(dāng)聚合酶延伸到帶有熒光標(biāo)記的dNTP時(shí)，反應(yīng)終止。通過毛細(xì)管電泳技術(shù)分離這些終止產(chǎn)物，根據(jù)熒光信號(hào)檢測(cè)到片段大小，從而確定模板DNA的序列。2.簡述二代測(cè)序（NGS）與三代測(cè)序（如PacBio）在技術(shù)特點(diǎn)上的主要區(qū)別。*解析思路：NGS（如Illumina）通常是邊合成邊測(cè)序（sequencingbysynthesis），在Flowcell上同時(shí)進(jìn)行成千上萬個(gè)DNA片段的合成和測(cè)序，通量極高，但讀長相對(duì)較短（幾百bp），且通常需要復(fù)雜的生物信息學(xué)流程進(jìn)行數(shù)據(jù)拼接，對(duì)重復(fù)序列處理能力有限。三代測(cè)序（如PacBioSMRTbell）是連續(xù)合成測(cè)序（continuoussynthesis），通過實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)合成過程中釋放的焦磷酸鹽信號(hào)進(jìn)行測(cè)序，可以獲得非常長的讀長（幾千至上萬bp），能夠更好地解決復(fù)雜基因組中的重復(fù)序列問題，但初期通量較低，錯(cuò)誤率相對(duì)較高（尤其在長讀長內(nèi)），需要錯(cuò)誤校正。3.簡述DNA甲基化對(duì)基因表達(dá)可能產(chǎn)生的影響。*解析思路：DNA甲基化通常發(fā)生在CpG二核苷酸序列中。在基因啟動(dòng)子等調(diào)控區(qū)域，CpG島的甲基化通常與基因沉默或表達(dá)抑制相關(guān)。甲基化可以通過阻礙轉(zhuǎn)錄因子結(jié)合或招募轉(zhuǎn)錄抑制性蛋白來降低基因的轉(zhuǎn)錄效率。此外，甲基化模式（表觀遺傳密碼）也可能影響染色質(zhì)的結(jié)構(gòu)狀態(tài)（如壓縮），進(jìn)而調(diào)控基因表達(dá)。但需要注意的是，并非所有甲基化都抑制表達(dá)，有些甲基化位點(diǎn)可能具有激活作用，且甲基化水平的變化與基因表達(dá)水平并非總是呈簡單的負(fù)相關(guān)。4.簡述基因型-表型關(guān)聯(lián)分析（GWAS）的基本思路。*解析思路：GWAS的基本思路是：首先，對(duì)一個(gè)大樣本人群進(jìn)行全基因組或外顯子組測(cè)序，獲取每個(gè)個(gè)體的基因型數(shù)據(jù)（大量SNP位點(diǎn)信息）；然后，測(cè)量或診斷每個(gè)個(gè)體在所研究的性狀或疾病上的表型（如疾病發(fā)生與否、血壓數(shù)值等）；接著，利用統(tǒng)計(jì)方法，比較病例組和對(duì)照組（或不同表型組）之間SNP頻率的差異；最后，識(shí)別出那些在病例組中頻率顯著偏高的SNP位點(diǎn)，這些SNP位點(diǎn)所在的基因或其附近區(qū)域被認(rèn)為是與該性狀或疾病相關(guān)的候選基因或位點(diǎn)，為進(jìn)一步的功能研究提供線索。三、論述題（每題10分，共30分）1.論述高通量測(cè)序技術(shù)（NGS）在復(fù)雜疾病遺傳學(xué)研究中的應(yīng)用及其面臨的挑戰(zhàn)。*解析思路：應(yīng)用：NGS通過提供對(duì)整個(gè)外顯子組或全基因組進(jìn)行系統(tǒng)性測(cè)序的能力，極大地推動(dòng)了復(fù)雜疾病遺傳學(xué)研究。WES可以識(shí)別與疾病相關(guān)的罕見或低頻致病突變，尤其是在單基因遺傳病或孟德爾性狀的共分離分析中。全基因組關(guān)聯(lián)研究（GWAS）利用大量SNP芯片或WGS數(shù)據(jù)，可以識(shí)別與復(fù)雜疾病相關(guān)的常見變異位點(diǎn)，即使這些變異的效應(yīng)很小。NGS還可以用于研究拷貝數(shù)變異（CNV）、結(jié)構(gòu)變異（SV）等對(duì)復(fù)雜疾病的影響，以及進(jìn)行多組學(xué)關(guān)聯(lián)分析（如GWAS與表達(dá)、甲基化數(shù)據(jù)的整合）。挑戰(zhàn)：①資源消耗大：測(cè)序成本、計(jì)算資源和生物信息學(xué)分析能力要求高。②統(tǒng)計(jì)分析復(fù)雜：需要處理海量數(shù)據(jù)，識(shí)別具有微小效應(yīng)的常見變異，校正多重測(cè)試錯(cuò)誤，整合多源數(shù)據(jù)。③發(fā)現(xiàn)功能關(guān)聯(lián)難：多數(shù)關(guān)聯(lián)位點(diǎn)位于非編碼區(qū)，其功能注釋和作用機(jī)制研究是巨大挑戰(zhàn)。④群體異質(zhì)性：不同人群的遺傳背景和疾病風(fēng)險(xiǎn)不同，需要在多樣化人群中進(jìn)行研究。⑤基因-基因、基因-環(huán)境交互作用復(fù)雜：難以完全解析復(fù)雜疾病的多因素遺傳易感性。2.論述CRISPR-Cas9系統(tǒng)作為基因編輯工具在化學(xué)生物學(xué)研究中的潛在應(yīng)用方向。*解析思路：CRISPR-Cas9在化學(xué)生物學(xué)研究中具有巨大潛力：①基因功能研究：可以精確地敲除、敲入、激活或沉默特定基因，快速研究基因在細(xì)胞生理、信號(hào)通路、代謝網(wǎng)絡(luò)中的功能，尤其是在復(fù)雜生物系統(tǒng)（如微生物群落）中。②藥物篩選與開發(fā)：可以構(gòu)建攜帶特定基因突變或修飾的細(xì)胞模型或生物模型，用于篩選針對(duì)特定靶點(diǎn)（基因）的藥物，或研究藥物的作用機(jī)制。③合成生物學(xué)：可以快速構(gòu)建具有特定遺傳性狀（如抗性、代謝能力）的新菌株或細(xì)胞系，用于生產(chǎn)藥物、生物燃料或進(jìn)行生物轉(zhuǎn)化。④化學(xué)生物學(xué)機(jī)制探索：可以用于研究小分子化合物（藥物或天然產(chǎn)物）如何通過修飾或結(jié)合來影響基因組結(jié)構(gòu)或功能，或用于篩選與特定化學(xué)物質(zhì)相互作用的蛋白質(zhì)。⑤疾病模型構(gòu)建與治療研究：可以用于創(chuàng)建更接近人類疾病特征的細(xì)胞或動(dòng)物模型，用于研究疾病發(fā)生發(fā)展機(jī)制，并探索基因治療策略。3.結(jié)合實(shí)例，論述人類基因組研究進(jìn)展對(duì)個(gè)人健康管理可能帶來的影響以及相關(guān)的倫理考量。*解析思路：影響：人類基因組研究進(jìn)展使得個(gè)體層面的遺傳信息獲取變得更加可能和普及，對(duì)個(gè)人健康管理帶來深遠(yuǎn)影響。例如：①個(gè)性化預(yù)防：根據(jù)個(gè)體遺傳風(fēng)險(xiǎn)（如BRCA1/2基因突變?cè)黾尤橄侔╋L(fēng)險(xiǎn)），個(gè)體可以采取更積極的預(yù)防措施，如增加篩查頻率、預(yù)防性藥物使用甚至手術(shù)。②個(gè)性化治療：攜帶特定基因突變的癌癥患者（如攜帶EGFR突變的肺癌患者）可以選擇靶向該突變的藥物進(jìn)行治療，顯著提高療效。③個(gè)性化藥物：根據(jù)個(gè)體代謝酶基因型預(yù)測(cè)藥物代謝能力，指導(dǎo)用藥劑量和選擇，減少不良反應(yīng)。④早期健康預(yù)警：識(shí)別與某些慢性?。ㄈ缧难懿?、糖尿?。┫嚓P(guān)的遺傳風(fēng)險(xiǎn)因素，促使個(gè)體更早地進(jìn)行生活方式干預(yù)。倫理考量：①隱私泄露風(fēng)險(xiǎn)：基因信息極其敏感，一旦泄露可